Chapitre 1: Lumière et spectroscopie

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Une science qui utilise la lumière pour analyser les propriétés
des atomes, molécules et matériaux
Elle utilise les fréquences (COULEURS, ENERGIES) de la
lumière émise ou absorbée par une molécule
en vue de connaitre les états d’énergie de cette molécule
Chapitre 1:
Lumière et spectroscopie
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2. Utilise l’intensité des données expérimentales (spectres)
Pour comprendre:
les populations moléculaires (études cinétiques)
les ‘règles de sélection” (symétrie moléculaire
les propriétés des molécules (moments dipolaires)
3. Spectroscopie: Science Canadienne !
2 prix Nobel
Gerhard Herzberg (Nobel en 1973) NRC à Ottawa
John Polanyi (Nobel en 1986), Université de Toronto
émission de lumière spontanée par des produits
réactionnels… vers les lasers chimiques

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La double nature de la lumière
Objectifs:
1. La nature ondulatoire de la lumière
Evidence expérimentale
2. La nature corpusculaire de la lumière
le corps noir
l’effet photoélectrique
l’effet Crompton
3. L’hypothèse de de Broglie
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INTRODUCTION:
Il faut comprendre deux concepts clefs:
1. la nature et les propriétés de la LUMIERE
2. les principes fondamentaux de la mécanique
quantique et de ses applications pour décrire les
molécules et leurs interactions avec la lumière

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LA PHYSIQUE EN 1900
1. Théorie atomique: la matière est constituée d’atomes dont
la masse et la charge sont plus ou moins connues
2. L’existence de l’électron est reconnue, on connaît sa masse
et sa charge
3. La théorie cinétique des gaz est établie: PV=nRT
4. Le tableau périodique a été développé empiriquement, mais
les raisons de la périodicité ne sont pas comprises
(atomes le long d’une colonne du tableau ont les mêmes propriétés chimiques)
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La lumière est un phénomène ondulatoire
Pratiquement toutes les propriétés connues de la lumière
sa réflexion
sa diffraction par les surfaces (change de direction)
sa dispersion par un prisme (différentes couleurs)
les phénomènes d’interférence
peuvent être expliquées par la théorie de Maxwell et les
équations ondulatoires
…mais il y avait des problèmes…

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La théorie ondulatoire ‘classique’ de la lumière
La lumière est une onde électromagnétique qui se déplace
à une vitesse déterminée
Galilée ~ 1620 a été le premier à suggérer que la lumière
a une vitesse déterminée
Roemer ~ 1676 a vérifié cette hypothèse:
Il a mesuré la vitesse de la lumière basé sur des mesures
des changements des orbites d´un satellite de la planète Jupiter.
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La théorie de Maxwell combine les propriétés électriques
et magnétiques de la lumière
Ondes électriques et magnétiques se propagent dans
le vide à une vitesse c déterminée:
c = 2.99792458 x 108 m/s
Les champs électrique et magnétique sont perpendiculaires
l’un à l’autre et perpendiculaires à la direction de propagation
de la lumière.

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La nature ondulatoire de la lumière
Longueur d´onde
Champ
électrique
Direction de la lumière
Champ magnétique
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Direction de déplacement de l’onde (vitesse c)
Longueur d’onde
La fréquence de l’onde est égale au
nombre de cycles par seconde à
une position donnée
Changement d’amplitude à un
point fixe